Academic literature on the topic 'Fonte à graphite sphéroïdal'

The isothermal decomposition of austenite to ferrite and graphite in a spheroidal graphite cast iron was investigated by dilatometry, metallography and image analysis. The results gave quantitative, although indirect, information on the kinetics of carbon transfer from austenite to graphite, as well as on the kinetics of the austenite to ferrite and graphite transformation. The relations between these kinetics and the graphite nodule count was highlighted. The incubation period before ferrite growth was found to be associated with a global contraction of the material, in spite of the related increase of the graphite volume fraction. Calculations showed good agreement with experimental results, except for the rate of carbon transfer, which was found to be much slower experimentally than predicted by calculations based on the volume diffusion of carbon. Possible reasons for this discrepancy are discussed.

Les mécanismes d'endommagement sous sollicitation monotone et pour différents taux de triaxialité (x) ont été étudiés expérimentalement. Le comportement mécanique est caractérisé en termes de composantes de l'écrouissage : contraintes effective (interactions à courte distance) et interne (interactions à longue distance) l'influence du dommage est finalement considérée via l'écriture d'un potentiel plastique pour matériaux poreux (type Gurson-Tvergaard). La fonte GS comporte plusieurs niveaux d'hétérogénéités microstructurales jouant un rôle primordial sur les cinétiques de dommage : biphasage, microtexture des grains ferritiques autour des inclusions, hétérogénéité de fraction volumique locale des particules. L'étude de l'endommagement repose sur la méthode de l'approche locale de la rupture. La germination des cavités dans la fonte est continue en fonction d'une contrainte macroscopique Z c (distribution normale de la cinétique en accord avec Chu-Needleman). Le caractère continue résulte de phénomènes d'interaction entre inclusions proches et de l'hétérogénéité de fraction volumique locale. La caractérisation de la croissance des cavités permet d'identifier les paramètres qi, q2 du potentiel de Gurson-Tvergaard. Une fraction volumique critique de dommage est finalement établie en fonction du taux de triaxialité. Cette dépendance est expliquée par des mécanismes de coalescence différents selon x. L'importance des hétérogénéités nécessite de distinguer la nature de l'écrouissage. Une modification du potentiel de Gurson-Tvergaard est alors proposée. Une excellente corrélation est obtenue entre comportements expérimental et modélisé (x = 1/3). On démontre ainsi que dans la fonte GS, seul l'écrouissage effectif est directement affecté par le dommage (constatation validée expérimentalement par des essais sur fonte initialement poreuse (décarburée)).

Cette étude porte sur l'influence de l'endommagement sur la loi de comportement et sur la ténacité de la fonte a graphite sphéroïdal. La microstructure des fontes GGG 40, GS 52 5%, GS 52 25%, a été caractérisée par analyse à la microsonde, observation au MEB, et analyse d'images. L’endommagement est décrit d'une part à l'échelle macroscopique par les paramètres D, le coefficient de dilatance et l'évolution du coefficient de poisson plastique, et d'autre part a l'échelle microscopique par observation au MEB des différents stades de la décohésion de l'interface graphite/matrice. Nous trouvons que la décohésion apparait des les premiers stades de la déformation plastique macroscopique. D augmente de 30% quand la déformation plastique varie de 0 à 2%, puis l'endommagement se stabilise jusqu'a la rupture finale. Les différents types de graphite donnent les mécanismes d’endommagement différent. La fonte ne peut donc pas être considérée comme un matériau dense. La contrainte critique à l'interface pour la décohésion est de 82 MPA. La modélisation numérique de la loi de comportement montre que en tenant compte des effets du palier de plasticité, de l'empilement des nodules, des contraintes résiduelles, les nodules de graphite peuvent être remplacés par des cavités en accord avec les observations des mécanismes d'endommagement. La taille de la zone endommagée en tête de fissure a été déterminée par observation sur une éprouvette CT 25 de fonte GGG 40 et par des calculs analytique et numérique rendant compte de l'effet de la contrainte hydrostatique. Les résultats expérimentaux et ceux des modèles montrent bien que l'endommagement joue un rôle important dans le cas des éprouvettes CT 25. L’endommagement en tête de fissure modifie la valeur conventionnelle de kC, et entraine une augmentation de la ténacité par comparaison avec celle de la matrice massive. En présence de cavités nous montrons que, l'état de contrainte ne joue pas le même rôle sur la taille de la zone plastique que dans les matériaux denses.

L'augmentation des performances des moteurs conduisent à un accroissement des températures dans les collecteurs d'échappement. Les fontes ferritiques, GS50 ou SiMo, utilisées par RENAULT présentent des évolutions microstructurales à température élevée (800oC) qui peuvent compromettre leur résistance. Plutôt que d'adopter des matériaux plus résistants, mais plus chers, une meilleure connaissance des évolutions microstructurales des fontes GS et de leur comportement permettraient d'optimiser la géométrie des pièces dans la recherche d'un compromis légèreté-fiabilité. Une expertise de collecteurs vieillis sur banc, comparés aux mêmes pièces à l'état brut, a permis de recenser trois principaux modes d'endommagement : oxydation, décarburation et transformation de phases. Ils ont été étudiées par des essais de vieillissement isotherme et anisotherme. Les cinétiques d'oxydation et de décarburation ont été déterminées à différentes températures. La connaissance des mécanismes de vieillissement ont permis de reproduire sur des éprouvettes massives certaines des microstructures observées. Les matériaux décarburés et bruts de coulée ont été comparés lors d'essais de dilatométrie et de fatigue oligocyclique. Et des lois de comportement élasto-viscoplastiques des nuances brutes et vieillies ont été identifiées. Des essais de fatigue thermique ont été simulés avec une bonne précision à partir des lois de comportements déterminées par des essais isothermes. Les résultats de simulation d'essais thermomécaniques sur des matériaux en partie décarburés, effectués sur une géométrie simple, sont suffisamment satisfaisants pour envisager d'étendre ces calculs à des collecteurs d'échappement.

Le but de ce travail est l'étude des assemblages brases céramique-métal du point de vue microstructural et mécanique. Des assemblages si 3n 4/fonte GS ont été réalisés par brasage réactif. La brasure utilisée était le TiCuSil. L’observation microstructurale du joint brasé à révélé la présence de couches de réaction fragiles entourant l'eutectique ag-Cu. La modélisation par éléments finis des contraintes résiduelles dans l'assemblage a confirmé le rôle important de la géométrie des substrats et celui du comportement des matériaux pour la détermination des contraintes. La précision des modèles développés a été vérifiée par la mesure des contraintes résiduelles par la méthode de diffraction de neutrons. Une étude de rupture de la partie céramique comportant des essais de flexion et le développement des modèles numériques, a conduit à la détermination de la fiabilité de la structure assemblée. L’influence de la durée de stockage des assemblages sur la rupture de la céramique, a été étudiée par des essais de flexion après vieillissement et été interprétée à l'aide d'une étude microstructurale du système.

Les fontes à graphite sphéroïdal sont aujourd’hui très largement utilisées en raison de leurs bonnes propriétés mécaniques. La forme sphéroïdale du graphite est obtenue le plus souvent par l’ajout de magnésium ou de cérium lors de l’élaboration des fontes. Le graphite sphéroïdal peut être obtenu par graphitisation à l'état solide des fontes totalement ou partiellement solidifiées dans le système métastable. L’objectif de ce travail est d’étudier l’effet du traitement de graphitisation à l’état solide sur la croissance du graphite nodulaire d’une fonte à paroi mince qui présente une structure truitée à l'état brut de coulée. Cette fonte a été étudiée par microscopie optique, microscopies électronique à balayage et en transmission, spectroscopie Raman et spectroscopie de perte d'énergie des électrons. Des traitements thermiques assurant une graphitisation totale et partielle pour décomposer la cémentite formée à la solidification en graphite et en austénite ont été réalisés. Les nodules deviennent plus nombreux et leur taille augmente en fonction du temps de graphitisation. La microstructure après traitement thermique est composée de nodules de graphite et de ferrite. La spectroscopie Raman a été utilisée pour caractériser les nodules de graphite d’échantillons ayant été entièrement graphitisés à différentes températures dans le domaine austénitique. L’analyse par spectroscopie Raman ne montre aucune différence significative entre les spectres Raman enregistrés sur le graphite formé lors de la solidification et à l’état solide. Les caractérisations microstructurales par microscopie électronique en transmission montrent que le graphite à l’état brut de coulée présente une structure caractérisée par une zone interne où le graphite est désorienté. Une déformation mécanique due à la contraction lors de la solidification métastable induit la formation de cette zone. Cette zone disparaît par recristallisation après traitement de graphitisation totale pour former à la fin des secteurs coniques rayonnant à partir du germe et se développant vers la périphérie. Les résultats de ces travaux ont permis une meilleure compréhension de la structure de graphite nodulaire à l’état solide et montre aussi que le mécanisme de croissance du graphite nodulaire est le même lors de la solidification et de la transformation à l'état solide<br>Spheroidal graphite iron castings are today widely used because of their good mechanical properties. The spheroidal shape of graphite is most often obtained by the addition of magnesium or cerium during the casting process. Spheroidal graphite can be formed at the solid-state by graphitization of cast irons which solidified partly or totally in the metastable system. The purpose of this work is to study the effect of solid-state graphitization treatment on the growth of nodular graphite of a thin wall casting which has a mottled structure at the as-cast state. This cast iron was studied using optical microscopy, scanning and transmission electron microscopy, Raman spectroscopy and electron energy loss spectroscopy. Heat treatments ensuring a total and partial graphitization to decompose the cementite formed at the solidification in graphite and austenite were realized. The nodules become more numerous and their size increases according to the time of graphitization. The microstructure after heat treatment is composed of graphite nodules and ferrite. Raman spectroscopy has been used to characterize graphite nodules in as-cast state and in samples having been fully graphitized at various temperatures in the austenite field. The results show no significant difference between Raman spectra recorded on these various samples, suggesting graphite grows with the same mechanism during either solidification or hightemperature (so-called first stage) graphitization. Transmission electron microscopy characterizations show that nodules in the as-cast material presents a multi-fold structure characterized by an inner zone where graphite is misoriented and an outer zone where it is well crystallized. In heat-treated samples, graphite nodules consist of well crystallized sectors radiating from the nucleus. These observations suggest that the misoriented zone appears because of mechanical deformation when the liquid contracts during its solidification. During heat-treatment, this zone disappears by recrystallization. The results of the present work lead to a better understanding of the nodular graphite structure in the solid state and also show that nodular graphite growth mechanism is the same during solidification and solid-state transformation

L’étude de l'influence exercée par le manganèse sur le comportement structural des fontes GS a concerné des matériaux contenant de 0,26 à 2,15 % pds Mn. A l'état brut de coulée, l'accroissement de la teneur en manganèse favorise nettement la structure perlitique. Le comportement au chauffage de la fonte riche en manganèse s'avère similaire à celui de la fonte non chargée en cet élément, excepté en ce qui concerne le phénomène de graphitisation dont la cinétique est fortement ralenti Les courbes des diagrammes TRC de la fonte GS (tracées à partir de 930°C) sont d'autant plus déportées vers les temps croissants que la teneur en manganèse excède 1 à 1 ,5% pds : ce fait traduit une amélioration sensible de la trempabilité (Vc = 5°/s). Lors des trempes étagées, le comportement de l'austénite enrichie en manganèse (teneur &gt; 1 ,5% pds) se caractérise en particulier par la possibilité - entre ‘10 et 580°C - de développer la précipitation d'une cémentite substitué en Mn et Si. Le diagramme TTT est également déplacé vers les temps croissants en fonction de l'augmentation de la teneur en Mn. A la faveur d'un revenu de la structure, résultant d'une trempe préalable à 20°C et pour une concentration en Mn supérieure à 1,5 % pds, l'austénite résiduelle (ϒR) évolue en deux temps : rejet du carbone en excès sous forme d'une cémentite substituée (Mn + Si) et formation concomitante d’une austénite appauvrie ϒa; cette dernière se transforme en (α + carbures) lors d'une deuxième étape<br>The influence of manganese on the structural behaviour of spheroidal graphite cast iron was investigated in samples containing, 26 to 2. 15 wt % Mn. In the as-cast state, increasing the amount of manganese assists the development of a perlitic structure. On heating the behaviour of the material enriched in Mn, is similar to that of the unalloyed cast iron; nevertheless, kinetics of graphitization is considerably reduced. Transformation diagrams on continuous cooling (CCT) drawn from 930°C are shifted towards longer long-term as the percentage of manganese exceeds 1. 5 wt % this leads to a better quenchability (Vc &gt; 5°/s). During isothermal treatments, austenite enriched in Mn (&gt; 1. 5 wt %). May transform to a cementite with substitutional elements (Mn and/or Si). The isothermal transformation diagrams (TTT) are also shifted towards longer time as Mn content more and more important. When tempering the structure previously quenched down to ambient (and with Mn &gt; 1. 5 wt %), the residual austenite ϒR transforms in two steps: rejection of carbon in excess in a (Mn + Si) substituted cementite with correlative impoverishment of the austenitic phase, this later ϒa phase being decomposed into (α+ carbide)during the second stade

L’objet de la présente étude est d’accéder à une meilleure compréhension des mécanismes de solidification intervenant dans un procédé de fabrication pas à pas de pièces minces en fonte à graphite sphéroïdal. L’observation de l’état de surface et de la microstructure des pièces obtenues a conduit à une description à l’échelle macroscopique de la formation de la première peau. Cette description qualitative, qui a pu être validée lors d’expériences de simulation sur alliages organique, a été ensuite complétée par une estimation numérique de la vitesse avec laquelle la première peau croît le long de la paroi froide. Par la suite une schématisation plus fine des mécanismes de solidification mis en j eu par cette croissance a été proposée<br>The aim of the present work is to identify the solidification mechanisms occurring during the casting of spheroidal graphite cast iron thin pieces by a step by step process. After a first observation of the state of the surface and the microstructure of the obtained pieces, a macroscopic description of the formation of the first shell along the mould is proposed. This model has been confirmed by simulation on organics and detailed with the quantification of the first shell growth speed and the suggestion of a more precise description of the solidification mechanisms

Ce travail est consacré à l'étude des relations entre les paramètres microstructuraux et les mécanismes d'endommagement de fontes G. S. Ductiles dans le cas de sollicitations monotone et cyclique. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la microstructure initiale de nos fontes brutes de coulée et traitées thermiquement, notamment les sphéroïdes de graphite. Puis, lors d'essais de traction in-situ dans un M. E. B. Nous avons identifié la chronologie de l'endommagement. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à l'amorçage de cet endommagement. Nous avons clairement mis en évidence les relations qui existent entre les différentes microstructures de sphéroïdes et les trois mécanismes d'amorçage identifiés. En fatigue, nous avons suivi l'endommagement par prise de répliques pendant les essais et par examens fractographiques post mortem. L'amorçage de l'endommagement se fait au premier cycle, sur les sphéroïdes de graphite et sur les porosités proches de la surface. Seules les fissures provenant des porosités se propagent. Cette propagation est majoritairement intragranulaire, et nous avons observé des phénomènes de ralentissement et d'accélération à l'approche des sphéroïdes. Pour l'amorçage de l'endommagement en traction en en fatigue, un critère de décohésion en contrainte locale a été calculé par une méthode analytique et par une méthode numérique. Les résultats sont semblables et mettent en évidence le peu de résistance du graphite. En fatigue nous avons étudié la bifurcation intergranulaire et les interactions fissure-particules. Nos résultats sont en accord avec les phénomènes observés. Ils mettent en évidence la présence néfaste des sphéroïdes endommagés, qui, représentés sous la forme de microfissures, entraînent des accélérations importantes de la fissure. Les traitements thermiques, augmentant le nombre de particules endommagées, sont par conséquent néfastes à la tenue en fatigue de ces fontes<br>This work is concerned with the relationships between the microstructural parameters and damage mechanisms in ductile cast irons for monotonic and cyclic loading. We have characterized the initial microstructure of our as-cast and heat-treated cast irons, with particular emphasis on the structure and morphology of the graphite nodules. In-situ SEM tensile tests have been used to determine the sequence of damage mechanisms. Our main focus was on damage initiation. We have clearly shown that there are three main damage initiation mechanisms which depend on the morphology of the graphite nodules. In fatigue, replicas made during testing as well as post-mortem fractographic analyses have been used to follow damage. Damage is initiated in the first cycle on the graphite nodules and near surface porosities. Only surface cracks originating at porosities were observed to propagate. This propagation is mainly intragranular, and we have observed crack acceleration and deceleration near the nodules. For damage initiation in tension and fatigue, we calculate a local radial stress criterion by analytical and numerical methods. The results are similar and the low local radial stress calculated at an applied stress corresponding to the first particle decohesions imply that the graphite nodules are relatively weak. In fatigue, we have studied intergranular bifurcation and crack-particle interactions. Our results are in good agreement with the observed phenomena. They show that if damaged nodules are considered as microcracks they can cause the crack to accelerate. The heat treatments increase the number of damaged nodules in the first cycle, and are therefore harmful to the fatigue of cast irons

La présente étude s'inscrit en continuité des travaux antérieurs menés séparément par Théret et Arnould. Elle tend à apporter un complément d'informations visant à améliorer les lois cinétiques régissant les différents mécanismes mis en jeu lors de la solidification eutectique des fontes à graphite sphéroïdal (G. S. ). A partir d'échantillons de fonte G. S. Obtenus par trempe en cours de solidification dirigée, on a pu étudier l'effet de la vitesse de refroidissement sur les différentes grandeurs qui gouvernent l'évolution de la structure durant la réaction eutectique. La précision accrue de nos mesures expérimentales due à une nette amélioration des conditions de trempe a permis de suivre, à travers l'évolution du nombre de nodules de graphite, la cinétique d'apparition des germes graphitiques au cours du refroidissement. Sur la base des observations expérimentales concernant le mode de solidification des fontes G. S. Et à la lumière des nouveaux résultats obtenus dans le cadre de cette étude, il a été possible de proposer un modèle de simulation de la solidification eutectique des fontes G. S. Qui rend bien compte de l'influence de la vitesse de refroidissement sur le nombre de nodules et sur la cinétique globale de cristallisation. Dans cette approche la germination et la croissance ont lieu conjointement. La germination de nouveaux nodules est prise en compte à l'aide d'une loi semblable à celle considérée par Olfield mais dans laquelle le nombre de sites de nucléation actives durant le refroidissement est pondéré par la fraction volumique de liquide résiduel. Les courbes calculées à l'aide de ce modèle ont été comparées aux mesures réalisées sur échantillons trempés. Les résultats expérimentaux ainsi que le modèle théorique avance confirment l'importance de la vitesse de refroidissement sur le palier eutectique, l'intervalle de réaction eutectique et le nombre de nodules de graphite en fin de solidification

L’augmentation des performances des moteurs conduisent à un accroissement des températures dans les collecteurs d’échappement. Les fontes ferritiques, GS50 ou SiMo, utilisées par RENAULT présentent des évolutions microstructurales à température élevée (800oC) qui peuvent compromettre leur résistance. Plutôt que d’adopter des matériaux plus résistants, mais plus chers, une meilleure connaissance des évolutions microstructurales des fontes GS et de leur comportement permettraient d’optimiser la géométrie des pièces dans la recherche d’un compromis légèreté-fiabilité. Une expertise de collecteurs vieillis sur banc, comparés aux mêmes pièces à l’état brut, a permis de recenser trois principaux modes d’endommagement : oxydation, décarburation et transformation de phases. Ils ont été étudiées par des essais de vieillissement isotherme et anisotherme. Les cinétiques d’oxydation et de décarburation ont été déterminées à différentes températures. La connaissance des mécanismes de vieillissement ont permis de reproduire sur des éprouvettes massives certaines des microstructures observées. Les matériaux décarburés et bruts de coulée ont été comparés lors d’essais de dilatométrie et de fatigue oligocyclique. Et des lois de comportement élasto-viscoplastiques des nuances brutes et vieillies ont été identifiées. Des essais de fatigue thermique ont été simulés avec une bonne précision à partir des lois de comportements déterminées par des essais isothermes. Les résultats de simulation d’essais thermomécaniques sur des matériaux en partie décarburés, effectués sur une géométrie simple, sont suffisamment satisfaisants pour envisager d’étendre ces calculs à des collecteurs d’échappement<br>The increased output of automotive engines leads to higher temperature levels in exhaust manifolds. The ferritic cast irons (GS50 and SiMo) used by RENAULT experience microstructural evolutions at high temperature (800oC), that can be detrimental for their resistance. Rather than choosing more expensive higher grade materials, the better knowledge of the microstructural evolutions of GS cast irons and their behaviour would allow the optimisation of the component towards a compromise between light weight and reliability. Three main damage mechanisms were identified in a survey of bench-tested manifolds: oxidisation, decarburisation and phase transformation. They have been quantitatively investigated by isothermal and thermal cycling testing. The oxidisation and decarburisation kinetics were determined for various temperatures. Owing to the knowledge of these ageing mechanisms, specimens whose microstructures were similar to those observed were produced. As-cast and aged materials were compared in a testing program including dilatometry and low cycle fatigue tests. The parameters of constitutive equations for elastic-visco-plastic behaviour were identified for the as cast and aged materials. Results of thermal fatigue models, using the constitutive behaviour identified from isothermal tests, were in good agreement with experimental data. Thermo-mechanical analyses of partly decarburised specimens compared well with testing results, showing that the model can be applied to components of complex geometry, such as exhaust manifolds